(57)【要約】【課題】  金属発泡体を構造部材と組み合わせて複合部材とするとともに、簡便に構造部材と一体化することができ、構造部材として要求される強度を安定して確保することができる金属発泡体充填複合部材の形成方法を提供する。【解決手段】  成型された金属発泡体５と薄肉筒状の形材４とを組み合わせて複合部材を形成する金属発泡体複合部材の形成方法において、形材４の筒軸方向と直交する方向の断面が、金属発泡体５の断面よりも小さくなるように筒壁２ｄ，２ｄを変形させ、変形された筒壁２ｄ，２ｄに抗して金属発泡体５を形材４内に圧入し、筒壁２ｄ，２ｄの復元力を利用して金属発泡体５を形材４内に固定する金属発泡体複合部材の形成方法である。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成型された金属発泡体と薄肉筒状の形材とを組み合わせて複合部材を形成する金属発泡体複合部材の形成方法において、
上記形材の筒軸方向と直交する方向の断面が、上記金属発泡体の断面よりも小さくなるように上記筒壁を変形させ、変形された上記筒壁に抗して上記金属発泡体を上記形材内に圧入し、上記筒壁の復元力を利用して上記金属発泡体を上記形材内に固定することを特徴とする金属発泡体複合部材の形成方法。
【請求項２】
上記形材が断面コ字状の本体部とこの本体部の開口部分を閉鎖する蓋部とからなり、上記本体部の平行する壁面に外圧を加えることにより上記筒壁を変形させることを特徴とする請求項１記載の金属発泡体複合部材の形成方法。
【請求項３】
成型された金属発泡体と薄肉筒状の形材とを組み合わせて複合部材を形成する金属発泡体複合部材の形成方法において、
上記形材内に嵌合し得るサイズの上記金属発泡体を形成し、この金属発泡体と上記形材との接触面を接合手段で固定することを特徴とする金属発泡体複合部材の形成方法。
【請求項４】
上記接合手段として接着剤を使用することを特徴とする請求項３記載の金属発泡体複合部材の形成方法。
【請求項５】
上記接合手段として金属発泡体と上記形材との間に熱融着シートを介設し、加熱することによって上記熱融着シートを溶解させて上記金属発泡体と上記形材の双方に融着させ、凝固させることによって上記金属発泡体と上記形材とを固定することを特徴とする請求項３記載の金属発泡体複合部材の形成方法。
【請求項６】
上記熱融着シートとしてろう材シートを使用することを特徴とする請求項５記載の金属発泡体複合部材の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体を構成しているピラー等の構造部材として好適な金属発泡体複合部材の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の車体の一部を構成している例えばピラー等の構造部材は、一般的に閉断面をなしている筒状部材で形成されることが多く、この種の構造部材は、車体の強度と剛性を高めることを目的として様々な方法で補強が施されている。
【０００３】
(ａ)断面係数を高めることによる補強方法
例えば、筒状部材内に同種の金属からなる補強材を取り付けて補強する方法、プレス成形によって筒状部材の長さ方向に複雑な形状を付与し補強する方法、筒状部材の内面にダイキャスト成形により間仕切り状のリブを付与し補強する方法、押出成形により筒状部材の断面を多角形あるいは異形断面に成形して補強する方法等である。
【０００４】
(ｂ)異種素材を組み合わせることによる補強方法
異種素材の組み合わせとして一般的なのは樹脂発泡体の充填である。
【０００５】
筒状部材内に樹脂発泡体を注入して反応させ、発泡させることにより筒状部材を樹脂で充填し硬化させる方法では、筒状部材と発泡によって膨張した樹脂発泡体が一体化する。しかしながら、この種の補強方法は、樹脂発泡材を現場発泡するための設備が必要となり、さらに、樹脂発泡材の厳しい温度管理も必要となるためコストアップが避けられない。その点、型枠を使用して成型された樹脂発泡体（以下、成型樹脂発泡体と呼ぶ）を所望のサイズにカットし、筒状部材内に挿入する方法は施工が簡単でありコストダウンが図れるという利点がある。
【０００６】
ただし、成型樹脂発泡体を筒状部材に取り付けるには、筒状部材の内部に成型樹脂発泡体を固定するための手段が必要となる。
【０００７】
そのため、成型樹脂発泡体を固定するための引掛具を筒状部材内壁に固定したり、成型樹脂発泡体の移動を規制するための規制板を成型樹脂発泡体の例えば上下両側に配置する等して成型樹脂発泡体を固定しているが、上記したように樹脂発泡材を筒状部材内に注入して発泡させる場合のような密着性は得られていない。筒状部材との密着性が低いと、筒状部材内で振動してしまい、補強効果も得られない。そこで、現状では筒状部材とその内部に挿入する成型樹脂発泡体との隙間に樹脂弾性体層を介設し、その樹脂弾性体層の圧縮反力を利用して成型樹脂発泡体の固定を確実にするよう工夫している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３１８０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記(ａ)の補強方法では様々な形状を付与するための工程、加工精度が要求され、専用の成形金型を準備するとコストが高くなるという問題がある。
【０００９】
また、上記(ｂ)の成型樹脂発泡体を使用する補強方法では、成型樹脂発泡体を筒状部材内に完全に固定することが難しく両者の密着性を高めることができないため、補強効果が得られにくいという問題がある。
【００１０】
本発明は以上のような従来の車体用構造部材における課題を考慮してなされたものであり、金属発泡体を構造部材と組み合わせて複合部材を形成するとともに、簡便に構造部材と一体化することができ、構造部材として要求される強度を安定して確保することができる金属発泡体複合部材の形成方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明は、最終的に閉断面を構成する薄肉筒状の形材の内部空間に、成型された金属発泡体を内装するにあたり、形材と金属発泡体との密着性を高めることによって剛性が高められた複合部材を提供するものであり、その形成方法としては二つの形態がある。
【００１２】
第一の形態の本発明は、成型された金属発泡体と薄肉筒状の形材とを組み合わせて複合部材を形成する金属発泡体複合部材の形成方法において、形材の筒軸方向と直交する方向の断面が、金属発泡体の断面よりも小さくなるように筒壁を変形させ、変形された筒壁に抗して金属発泡体を形材内に圧入し、筒壁の復元力を利用して金属発泡体を形材内に固定する金属発泡体複合部材の形成方法である。
【００１３】
第一の形態の本発明に従えば、形材の筒壁を変形させ付勢力を蓄積することができるばねとして機能させているため、特別な固定手段を必要とせず金属発泡体を形材内に簡単に固定することができるようになる。
【００１４】
上記第一の形態の本発明において、形材が断面コ字状の本体部とこの本体部の開口部分を閉鎖する蓋部とからなる場合、本体部の平行する壁面に外圧を加えることにより筒壁を変形させることができる。この場合、形材と金属発泡体との密着性は、形材に作用させる外圧の作用面積の大きさに比例する。
【００１５】
第二の形態の本発明は、成型された金属発泡体と薄肉筒状の形材とを組み合わせて複合部材を形成する金属発泡体複合部材の形成方法において、上記形材内に嵌合し得るサイズの金属発泡体を形成し、この金属発泡体と形材との接触面を接合手段で固定する金属発泡体複合部材の形成方法である。
【００１６】
第二の形態の本発明に従えば、金属発泡体を形材内に強固に固定することができるようになる。
【００１７】
上記接合手段としては、接着剤を使用することができる。また、接合手段として金属発泡体と形材との間に熱融着シートを介設し、加熱することによってその熱融着シートを溶解させて金属発泡体と形材の双方に融着させ、凝固させることによって金属発泡体と形材とを固定することもできる。
【００１８】
上記熱融着シートを使用すれば、溶解した熱融着シートが形材と金属発泡体とに付着して両者の隙間を埋めるため、両者は確実に固定される。
【００１９】
また、熱融着シートとしてろう材シートを使用すれば、形材の内壁全体に設けることができ、また、高い剛性が要求される部位に部分的に設けることもできる。要するに、要求される仕様に応じて適宜、ろう材シートの取付け部位を決定すればよい。
【００２０】
なお、第一および第二の形態の本発明において、金属発泡体を利用しているのは、経年変化によって強度が低下することを解消するとともに地球資源を有効利用するためのリサイクル性を高めるためである。また、金属発泡体を用いた複合部材は、振動や電磁波を吸収することが知られており、単に剛性を高めるだけでなく付加価値を付与することができるという利点がある。
【００２１】
また、本発明において成型金属発泡体を使用しているのは、溶融状態からの発泡を行おうとすると大型設備の導入が避けられずコストアップになるため、これを解消することにある。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の金属発泡体複合部材の形成方法によれば、金属発泡体を簡便に形材内に固定して一体化することができ、構造部材として要求される強度を安定して確保することができるという長所を有する。
【００２３】
また、金属発泡体と形材との密着性が高められることによって複合部材の剛性が高められるため、同じ剛性を有する複合部材を比較した場合、本発明によるものは小断面化を図ることが可能になり、その結果、例えば自動車のセンターピラーに適用すると小断面化が図れた分、視界性が良好になるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の形成方法によって得られた金属発泡体複合部材の構成を示す断面図である。
【００２６】
同図において金属発泡体複合部材１は、厚さ１mmの薄肉のアルミ平板を凸字状にプレス加工したハット材（本体部）２と、このハット材２の下側開口部分を閉塞して閉断面を形成する底板（蓋部）３とによって筒状に形成される形材４と、この形材４内に装入される金属発泡体５とから構成されている。
【００２７】
ハット材２の裾側には水平方向に延設されたフランジ部２ａ，２ａが備えられ、これらのフランジ部２ａ，２ａと底板３とは、所定のピッチでスポット溶接されて結合されている。なお、フランジ部２ａと底板３の結合方法は、これに限らずリベットによる機械的な結合であってもよく、接着剤による化学的な結合であってもよい。
【００２８】
また、ハット材２の左右の肩部２ｂ，２ｂにはそれぞれアールが付けられている。
【００２９】
金属発泡体５は本実施形態では発泡アルミニウムを使用している。発泡アルミニウムは、超軽量で優れた衝撃エネルギ吸収性能を有するため、構造部材として利用が期待されているが、発泡アルミニウム単体では剛性が低く、他の部材との組み合わせによる利用が考えられている。
【００３０】
本実施形態では密度２５０ｋｇ／ｍ3以下の発泡アルミニウムを製作し、成型された金属発泡体ブロックを縦５０mm×横５０mm×長さ６００mmに裁断し、金属発泡体５を得ている。
【００３１】
図２は、図１に示した金属発泡体複合部材１の形成方法を示したものである。
【００３２】
同図(ａ)において、ハット材２の裾部２ｃに対して左右両側から矢印Ａ方向の外力を作用させ、ハット材２の側壁（筒壁）２ｄ，２ｄをそれぞれ垂直線ＶＬよりもθ°内側に傾斜する状態まで変形させ、永久ひずみを与える。それにより、上記形材４の筒軸方向と直交する方向の断面が、金属発泡体５の断面よりも小さくなるように変形させる。
【００３３】
次に、同図(ｂ)に示すように、金属発泡体５をハット材２の開口部分から矢印Ｂ方向に圧入する。このとき、金属発泡体５はハット材２の両側壁２ｄ，２ｄを押し広げながらハット材２内に進入する。
【００３４】
金属発泡体５によって押し広げられた両側壁２ｄ，２ｄは、図２(ａ)に示した傾斜状態に戻ろうとする復元力が働くため、それにより、金属発泡体５の左右両側壁５ａ，５ａは両側壁２ｄ，２ｄによって把持されハット材２に密着した状態で固定される。固定状態は図１に示した通りである。
【００３５】
上記した金属発泡体複合部材１は、ハット部材２と金属発泡体５とを側壁２ｄ，２ｄのばね作用によって結合するようにしたものである。
【００３６】
上記復元力の大きさは、金属発泡体５が塑性変形しない値に調整される。詳しくは、本実施形態で使用する金属発泡体５は空隙率が９０％以上の超軽量材料であり、それ自体は一般的に低強度である。そのためハット材２に外力を加えることによって発生する復元力が大きすぎると金属発泡体５が塑性変形する。従って、金属発泡体５を固定するための復元力は最大で２ＭＰａとなるようにハット材２に外力を作用させる。
【００３７】
次に、ハット部材２と金属発泡体５とを接着剤によって固定し金属発泡体複合部材を形成する方法について説明する。
【００３８】
この場合、ハット部材２の内面に例えばシリコン系接着剤を塗布し、次いでハット材２内に金属発泡体５を嵌合し、接着剤の硬化によって金属発泡体５とハット材２とを固定する。
【００３９】
このようにして構成された各金属発泡体複合部材の曲げ剛性を試験した。
【００４０】
曲げ剛性ＥＩは、図３に示す材料力学の単純支持梁を想定して次式で表される。
ＥＩ＝［１／４８］・［Ｐ／δmax］・Ｌ3
ここで、Ｅは曲げ弾性率、Ｉは断面二次モーメント、Ｐは荷重、δmaxは最大たわみ量、Ｌは梁の長さである。
【００４１】
曲げ弾性域内における荷重Ｐと最大たわみ量δmaxから、表１に示すように、(ａ)金属発泡体を備えていないハット部材２のみの剛性を１とすると、(ｂ)金属発泡体５を単に挿入しただけの複合部材は１．４倍、(ｃ)外圧を加えてハット材２の側壁２ｄ，２ｄを変形させ金属発泡体５を圧入した複合部材は１．７倍、(ｄ)金属発泡体５を接着剤でハット材２に接着した複合部材は２．３倍の剛性となった。
【００４２】
このことから金属発泡体５とハット材２との密着性が向上するほど曲げ剛性の高まることがわかる。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
なお、金属発泡体５とハット材２の接着は上記した有機接着剤に限らず、熱融着シート（図示しない）を使用することもできる。この場合、金属発泡体５とハット材２との間に熱融着シートを介設し、加熱することによってその熱融着シートを溶解させて金属発泡体５とハット材２の双方に付着させ、凝固させることによって金属発泡体５とハット材２とを固定する。
【００４５】
また、上記熱融着シートは、低融点の金属製シート、例えばろう材シートを使用することができ、このろう材シートを金属発泡体５外面とハット材２内面との間に配置し、瞬間加熱することでろう材シートのみを溶解させ、直後に凝固させれば、金属発泡体５とハット材２とを完全に固定することができる。
【００４６】
次に、図４および図５は、外圧を加えて復元力を利用する形材４の変形例を示したものである。
【００４７】
図４に示す形材４は重ね合わせハット材６および７から構成されている。
【００４８】
各ハット材６，７は、上述したハット材２と基本的に同じ構成からなり、上側ハット材６にはフランジ部６ａ，６ａが形成されており、下側ハット材７にはそのフランジ部６ａ，６ｂと対向してフランジ部７ａ，７ａが形成されている。
【００４９】
この重ね合わせハット材６，７に金属発泡体８を装入する場合、まず、上側ハット材６の側壁６ｂ，６ｂを左右方向に押し開いて金属発泡体８の上半分を圧入し、次いで下側ハット材７の側壁７ｂ，７ｂを同じく左右方向に押し開いて金属発泡体８の下半分を圧入し、対向するフランジ部６ａと７ａをスポット溶接で結合することにより発泡体複合部材が形成される。
【００５０】
図５は、形材として押出し成形された閉断面を有する押出材９を用いて金属発泡体複合部材を形成するものである。
【００５１】
押出材９を使用する場合、金属発泡体１０の断面よりも小さい断面となるように外圧を作用させて壁面を変形させる。例えば側壁９ａ，９ｂを内側に向けて押圧し湾曲させる。
【００５２】
次いで湾曲した側壁９ａ，９ｂを押し広げながら金属発泡体１０を圧入する。ただし、金属発泡体１０の圧入時には例えば、側壁９ａ，９ｂを外向きに押し開くための拡張部材を金属発泡体１０に先行させて挿入し、金属発泡体１０が装入される一方で抜き取る必要がある。
【００５３】
なお、上記実施形態では(ｃ)外圧を加えてハット材の側壁を変形させ復元力で金属発泡体を把持する方法と、(ｄ)金属発泡体を接合手段（接着剤、ろう材シート）でハット材に接着する方法について示したが、上記(ｃ)と(ｄ)の方法を組み合わせ、すなわち、金属発泡体とハット材の接着面をハット材側壁の復元力で把持するようにすれば、金属発泡体とハット材との密着性をより高めた状態で両者を固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の形成方法が適用された金属発泡体複合部材の断面図である。
【図２】(ａ)および(ｂ)は図１の金属発泡体複合部材の形成方法を示す説明図である。
【図３】本発明の金属発泡体複合部材の曲げ剛性を計算するための梁の図である。
【図４】本発明の形材の変形例を示す図１相当図である。
【図５】形材の別の変形例を示す図１相当図である。
【符号の説明】
【００５５】
１    金属発泡体複合部材
２    ハット材
２ａ  フランジ部
２ｃ  裾部
２ｄ  側壁
３    底板
４    形材
５    金属発泡体
５ａ，５ｂ  側壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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